BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Usaha pengecoran logam adalah salah satu usaha yang mempunyai peranan strategis pada struktur perekonomian nasional terutama dalam menunjang industri penghasilkomponen, industri pengerjaan logam dan industri-industri lainnya.Produk cor logam yang termasuk mengalami peningkatan permintaan untuk diproduksi di industri kecil adalah terbesar dari jenis komponen otomotif yang salah satunya terbuat dari bahan logam non ferro seperti alumunium.Kondisi ini tentunya sangat menggembirakan karena akan meningkatkan pendapatan yang lebih besar bagi industri kecil. Keseluruhan peluang permintaan ini tidak dapat dipenuhi oleh industri kecil. Hal ini karena keterbatasan kemampuan industri kecil, mengingat kualitas produk cor yang dihasilkan masih rendah bila dibandingkan dengan produk cor hasil pabrikasi. Salah satu penyebab rendahnya kualitas produk cor yang dihasilkan adalah masih banyak industri kecil yang menggunakan teknik grafity castingsebagai metode dalam proses pengecoran logam. Velg kendaraan roda dua adalah salah satu produk hasil pengecoran logam yang banyak dihasilkan oleh industri-industri kecil atau yang dikenal dengan istilah casting wheel.Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya produk yang dihasilkan dengan teknik gravity casting ini kualitasnya masih rendah dibandingkan dari produk hasil pengecoran pabrikan.Kuncahyo(2010) meneliti teknik centrifugal casting dapat mempengaruhi kualitas produk hasil coran antara produk pabrikan dengan produk lokal atau buatan, dari hasil penelitian tersebut dapat dilihat seperti yang terlihat pada Tabel 1.1 di bawah ini. Tabel 1.1.Kualitas hasil pengecoran antara industri lokal dengan pabrikan. Metode Pengujian
Pabrikan
Industri Lokal
112,75
81.25
Uji Impak (Joule/mm )
0,075
0,026
Uji Tarik (MPa)
304,3
125,33
-
Gravity Casting
Uji Kekerasan (HV) 2
Proses Pembuatan
1
Beberapa metode pengecoran yang dapat diterapkan untuk menghasilkan suatu komponen mesin, seperti pressure casting, centrifugal casting dan masih banyak metoda lainnya.Kedua metode pengecoran tersebut di atas bila dibandingkan dari kualitas hasil pengecoran jauh lebih baik dari gravity casting. Hal ini disebabkan pada saat logam cair dimasukkan ke dalam cetakan dan selama proses pembekuan mendapat tekanan dari luar. Dengan adanya tekanan dari luar ini dapat mengurangi porositas serta menaikan densitas hasil pengecoran, sehingga
dapat
memperbaiki
sifat
mekanik
dari
produk
cor
yang
dihasilkan.Namun dalam penerapannya teknik pengecoran centrifugal casting lebih unggul dibandingkan dengan pressure casting bila ditinjau dari segi investasi. Totten (2003)menyebutkanmenggunakan alternatif presure castingmaka biaya investasimenjadi sangat besar dan tidak sebesar bila mengunakan centrifugal casting. Berangkat dari hal tersebut di atas, maka dilakukan beberapa penelitian yang berkaitan dengan produk coran velg kendaraan roda dua, yaitu dengan teknik centrifugal casting. Teknik centrifugal castingini nantinya diharapkan dapat mengetahui pada putaran berapa benda uji dapat meningkatkan kualitas coran yang dihasilkan. Oleh karena itu, pengecoran dengan teknik centrifugal castingsesungguhnya sangat sesuai dengan kondisi industri kecil.Hal ini disebabkan mekanisme teknik centrifugal castingtidak membutuhkan keahlian khusus dalam pengoperasiannya. Nugroho (2010)menyatakan centrifugal casting dengan variasi temperatur cetakan dan inoculantTi-B sangat berpengaruh terhadap sifat mekanik dari hasil coran. Dari hasil penelitian tersebut dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi temperatur cetakan akan menghambat laju pendinginan yang akan memperbesar ukuran butir hasil coran. Dimana semakin besar ukuran butir dapat menurunkan sifat mekanik hasil coran. Udiana (2010)menyebutkan teknik centrifugal casting khusus untuk produk velg kendaran roda dua ini, dilakukandengan mengamati pengaruh kecepatan putar terhadap sifat fisis dan mekanis. Penelitian ini dilakukan dengan mengacu dari hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Nugroho (2010)
2
yaitumengenai variasi putaran,dengan putaran yang digunakan adalah 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650 dan 700 rpm, pre-heating pada mould 2500C dan temperatur penuangan 7500C. Hasil penelitian ini menunjukkan adanya kenaikan sifat mekanik dibandingkan dengan produk lokal, namun masih di bawah sifat mekanik produk pabrikan, seperti yang terlihat pada tabel 1.2. Tabel 1.2.Sifat mekanik hasil penelitian Udiana(2010). Metode Pengujian Uji Tarik (MPa) 2
Uji Kekerasan (kg/mm ) Uji Impak (J/mm2)
Pabrikan
Industri Lokal
Centrifugal Casting
304,32
121,62
176,89
-
-
42,50
0,075
0,026
0,063
Tahun yang sama, Waluyo (2010) meneliti pengaruh temperatur cetakan, bentuk produk (velg dan produk piringan pejal) dan inokulan Ti-B pada centrifugal castingterhadap sifat fisis dan mekanis paduan aluminium. Penelitiannya variasi pre-heating yang digunakan pada mould adalah 2500C, 3000C dan temperatur penuangan 7500C dengan kecepatan putar 1000 rpm. Hasilpenelitiannya menunjukkan adanya kenaikan sifat mekanik dibandingkan dengan hasil penelitian Udiana(2010), tetapi masih di bawah produk pabrikan. Tabel 1.3.Sifat mekanik berdasarkan nilai tertinggi pada pre-heating 2500C. Pabrikan
Industri Lokal
Velg
Uji Tarik (MPa)
304,32
121,62
209,44
Uji Kekerasan (kg/mm2)
64,85
27,72
60,85
Uji Impak (J/mm2)
0,075
0,026
0,059
Metode Pengujian
Dari ketiga penelitian yang telah dilakukan menggunakan material velg bekas (skrap) kendaraan roda empat yang dilebur kembali, maka selalu terdapat perbedaan komposisi pada bahan coran. Akibat dari perbedaan komposisi tersebut, hasil yang diperoleh selalu ada perbedaan dari yang diharapkan. Dimana seperti kita ketahui skrap paduan aluminium tersebut umumnya telah mengalami beberapa kali perlakuan untuk memenuhi suatu fungsi tertentu, seperti ketahanan
3
korosi, keindahan, dan lain sebagainya, sebagainya, hal ini juga dapat mempengaruhi sifat fisis dan mekanis dari hasil coran. Salah
satu
penyebab
kerusakan
mesin
ad adalah alah
kerusakan
yang
diakibatkanoleh oleh kelelahan material ( fatigue),fatigue banyak dialami oleh bagian mesin yang mengalami pembebanan yang berfluktuasi, contohnya contohnyapada bagian poros. Beban yang dialami oleh poros mungkin berada di bawah kekuatan maksimalnya, tetapi karena pembebanan yang berupa tegangan dan regangan terjadi secara berfluktuasi dapat mengubah struktur pada poros yang mengakibatkan munculnya retak awal yang dapat menjalar dan yang akhirnya merusak poros. ( Sularso, 1987). Kerusakan pada poros ini sangat berbahaya bagi kinerja mesin karena kerusakan dapat menjalar ke komponen komponen-komponen komponen lain yang dapat mengganggu kinerja mesin. Kelelahan material tidak hanya terjadi pada komponen poros, tetapi dapat terjadi pada komponen-komponen komponen komponen lain seperti velg sepeda motor,, terutama komponen yang mengalami tegangan dan regangan secara berfluktuasi pada satu atau at beberapa titik.Gambar Gambar 1.1 menunjukkan komponen mesin yang mengalami kerusakan akibat sifat kelelahan (fatik) Castings Gears 6% 7%
Wire, Rope 3%
Others 4% Welds 32%
Pulleys, Rols 12% Bolts 13%
Shafts 23%
Gambar 1.1 Komponen Komponen-komponen komponen pada mesin yang mengalami kerusakan. (Nishida, 1992)
4
Thermal Fatigue, Contact Rolling fatigue, Corrosion Fatigue 11%
Static Fracture, Indirect Fatigue 10 %
Low Cycle Fatigue 8%
Simple Fatigue 58%
Corrosion, Burst, etc SCC, delayed 5% Fracture 5%
Gambar 1.2 Fakor Fakor-faktor faktor yang menjadi penyebab kerusakan pada struktur dan komponen Baja Baja(Nishida, 1992) Gambar ambar di 1.2 menunjukkan faktor penyeban kerusakan struktur akibat fatik,kegagalan fatikpada komponen meliputi kurang lebih 90 % dari seluruh kegagalan yang disebabkanoleh hal hal-hal hal yang bersifat mekanis. Kesemuanya mengalami pembebanan berulang dan getaran.Kegagalan fatigue makin menonjol seiring dengan perkembang perkembangan an teknologi seperti pada mobil, pesawat te terbang, rbang, pompa, kompressor, turbin, dan lain lain-lain. Data diperoleh dari hasil investigasi terhadap struktur dan komponen yang menggunakan baja, yang digunakan dalam berbagai macam industri . Oleh karena itu perlu dilakukan pengujian untuk mengetahui apa yang mempengaruhi dari patahnya komponen ini, bagaimana sifat material tertentu terhadap beban berulang dan umur dari material ketika dihubungkan dengan tegangan berulang yang mempunyai besaran tertentu. Data yang diperoleh dari pengujian kelelalahan dapat digu digunakan oleh para peneliti yang lain untuk menghasilkan material dengan kekuatan yang baik. 5
1.1.2 Pengertian Fatigue. Menurut ASTM, kelelahan (fatigue) adalah perubahan struktur secarapermanen yang terlokalisasi secara progresif, muncul pada material yang berada pada kondisi yang menghasilkan tegangan berfluktuasi dan regangan pada satu titik atau beberapa titik dan dapat terkumpul menjadi crack atau patah total (fracture) setelah mengalami tegangan tertentu yang berfluktuasi. Dari pengertian di atas ada beberapa istilah yang bisa dijelaskan sebagai berikut : 1. Progresifadalah proses dimana komponen atau material mengalami pemakaian beberapa lama dengan fluaktuasi beban, tegangan sehingga menuju proses kegagalan fatik (lelah) (fatigue) akan muncul. 2. Terlokalisasadalah proses fatik terjadi pada area tertentu, dan tidak terjadi pada seluruh komponen atau struktur. 3. Crack terjadi akibat pengaruh dari beban berulang, crack tumbuh dan berkembang sampai patah terjadi. 4. Fractureadalahhasil akhir dari fatik terpisahnya komponen atau struktur menjadi 2 bagian atau lebih. Kegagalan lelah adalah hal yang sangat membahayakan, karena terjadi tanpatanda-tanda awal.Pada skala makroskopik permukaan patahan biasanya dikenal dari bentuk bidang perpatahan ada yang terlihat halus akibat gesekan yang terjadi waktu retak merambat dan daerah kasar, disinilah terjadi perpatahan ulet di mana penampang tidak mampu lagi menahan beban. Sering kali perkembangan retakan ditandai oleh sejumlah cincin atau beach mark ( garis pantai ), bergerak ke dalam dari titik di mana kegagalan mulai terjadi. Hal ini dapat dilihat pada gambar 1.3 di bawah ini. Gambar di bawah juga menunjukkan karakteristik lain yaitu kegagalan terjadi pada bagian di mana terdapat konsentrasi tegangan, seperti pada sudut yang tajam atau takik atau pada tempat di mana terdapat konsentrasi tegangan metalurgis seperti inklusi (Dieter, 1986 ). Kegagalan
6
akibat konsentrasi tegangan pada pasak dapat dilihat seperti pada gambar 1.3.
Gambar 1.3.Permukaan patah kegagalan lelah yang mulai terjadi pada sudut runcing dari alur pasak (keyway) suatu poros ( Dieter, 1986 ).
Pada dasarnya ada 3 ( tiga ) faktor dasar terjadi kegagalan lelah ( fatigue failure ) yaitu : 1. Tegangan tarik maksimum yang cukup tinggi. 2. Variasi atau fluktuasi tegangan yang cukup besar. 3.
Siklus penerapan tegangan cukup besar. Selain faktor-faktor dasar di atas masih ada variabel-variabel lain sepertikonsentrasi tegangan, korosi, suhu, kelebihan bahan, struktur metalurgis,tegangan-tegangan sisa dan tegangan kombinasi yang memiliki kecenderungan mengubah kondisi kelelahan (Dieter, 1986). Proses kelelahan dapat dibagi menjadi beberapa tahapan dari awal munculnya retakan hingga kegagalan terjadi, tahapan-tahapan tersebut antara lain.
7
1. Permulaan pembentukan retak , termasuk pembentukan awal kerusakan lelah. 2. Pertumbuhan retak pergelinciran pita ( slip band crack growth ), melibatkan pertumbuhan lebih lanjut retakan awal pada bidang di mana dengan tegangan geser yang tinggi. Tahapan ini sering disebut sebagai pertumbuhan retak tahap I. 3. Pertumbuhan retak pada bidang-bidang yang
tegangan tarik tinggi,
meliputi pertumbuhan retak pada arah tegak lurus tegangan tarik maksimum. Biasanya tahapan ini sering disebut sebagai pertumbuhan retak tahap II. 4. Kegagalan ulet ultimat, terjadi apabila retak mencapai panjang yang cukup besar sehingga penampang yang tersisa tidak mampu menahan beban yang ada. 1.2. Perumusan Masalah Pengecoran dengan teknik centrifugal castingadalah salah satu metode pengecoran yang banyak diaplikasikan untuk membuat komponen-komponen yang berbentuk silindris. Permasalahan yang akan dipelajari dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh kecepatan putarcentrifugal casting terhadap sifat fisis dan mekanis produk velg kendaraan roda dua menggunakan material dasar paduan aluminium A356. Untuk lebih meningkatkan kualitas hasil pengecoran.Hasil dari penelitian ini nantinya diharapkan dapat dijadikan sebagai salah satu referensidari metode lain oleh industri pengecoran lokal dalam memproduksi velg kendaraan roda dua.
1.3. Batasan Masalah Dalam penelitian ini batasan masalah yang akan dibahas adalah sebagai berikut :
8
1. Mengetahui pengaruh kecepatan putar centrifugal castingdengan variasi putaran mulai 0 (tanpa putaran),350, 550, 750, 950 dan 1100 rpm, dengan preheating cetakan 2500C dan temperatur penuangan 7500C. 2. Mengetahui pengujian sifat fisis yaitu uji komposisi, densitas, porositas dan struktur mikro. 3. Mengetahui pengujian sifat mekanis yaitu uji tarik dan uji fatik rotari bending (kelelahan). 1.4. Keaslian Penelitian Penelitian ini berkaitan dengan centrifugal castingpada dasarnya telah banyak dilakukan, mulai dari simulasi sampai riset di lapangan. Khusus pengecoran velg kendaraan roda dua yang akan dilakukan ini merupakan kelanjutan penelitian terdahulu. Oleh karena itu, penelitian pengaruh kecepatan putar centrifugal castingterhadap sifat fisis dan mekanis khusus dengan material dasar paduan aluminium A356 velg kendaraan roda dua dengan kecepatan putar rendah 350 sampai 550, putaran sedang 750 sampai 950 dan putaran tinggi 1100 rpm keatas belum pernah dilakukansehingga penelitian ini perlu dilakukan dan keaslian penelitian ini dapat dipertanggungjawabkan. 1.5. Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Mengetahui pengaruh kecepatan putar terhadap sifat fisisstruktur mikro, densitas dan porositas. 2. Mengetahui sifat mekanisuji tarik, uji rotari bending pada centrifugal castingpaduan aluminium A356 velg kendaraan roda dua dengan variasiputaran 0,350,550,750,950 dan 1100 rpm. 3. Menentukan kecepatan putar yang baik pada proses centrifugal castingdalam pembuatan velg kendaraan roda dua.
1.6. Manfaat Penelitian Dari hasil penelitian ini, diharapkan dapat memberikan manfaat antara lain.
9
1. Metode pengecoran dengan teknikcentrifugal casting ini dapat meningkatkan kualitas hasil pengecoran velg kendaraan roda dua. 2. Teknik pengecoran ini juga diharapkan mampu mendorong perkembangan usaha industri pengecoran lokal dengan kualitas yang baik dan menjadi salah satu komoditas unggulan, sehingga dapat meningkatkan Pendapatan asli Daerah, khususnya Daerah Istimewa Yogyakarta atau wilayah sekitarnya. 3. Dilihat dari sisi ilmu pengetahuan dan teknologi, maka metode pengecoran dengan teknikcentrifugal casting ini dapat memberikan nilai tambah pada pengembangan dan penerapan IPTEK itu sendiri, yaitu ditemukannya suatu metode lain pengecoran velg kendaraan roda dua yang lebih baik dari teknik gravity casting. 1.7.Hipotesis 2. Putaran kecepatan tinggi 750, 950, 1100
rpm pada mold dengan
gaya
sentrifugal menghasilkan kecepatan semakin besar. Selain menimbulkan efek gaya sentrifugal, proses pembekuan juga semakin cepat, sehingga akan menghasilkan ukuran butir yang lebih halus. 3. Ukuran butiran yang halus dapat meningkatkan sifat mekanis material, sedangkan efek gaya sentrifugal dapat meningkatkan densitas hasil coran. Semakin tinggi densitas aktual benda mengindikasikan porositas yang terdapat pada benda hasil cor semakin sedikit. 4. Sifat mekanik produk coran paduan aluminium A356 juga dapat diperbaiki. 5. Dengan menambahkan inokulan Al-TiB pada setiap variabel putaran sebesar 0,08% diharapkan dapat berfungsi sebagai inisiasi dan membatasi pertumbuhan butir,sehingga ukuran butir yang dihasilkan menjadi lebih halus. Semakin halus ukuran butir yang dihasilkan, maka akan meningkatkan umur fatik.
10
